(57)【要約】      （修正有）【課題】季節及び周囲環境にかかわらず有効に太陽熱、地中熱を利用することができる熱利用システムを提供する。【解決手段】温度の高い温水を貯蓄する給湯槽２０と、給湯槽２０よりも低い温度の温水を貯蓄する蓄熱槽３０と、各貯水槽ごとに備えられた熱交換ユニット２８、３８と、太陽熱集熱パネル１０と、主要部分が地中に埋設された蓄熱部６０と、熱交換媒体を太陽熱集熱パネル１０と蓄熱部６０とを選択循環させるための媒体循環経路４０と、媒体循環経路４０を循環する熱交換媒体を太陽熱集熱パネルに循環させるか否かを制御する二方弁４４と、熱交換媒体をそれぞれの熱交換ユニットに循環させるか否かを制御する三方弁４２、４３と、熱交換媒体を蓄熱部６０に循環させるか否かを制御する弁４４、４７、４９，各制御弁を制御する制御部１００とを備え、制御部１００は熱交換媒体の温度に基づいて各制御弁を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度の高い温水を貯蓄する高温水貯水槽と、
前記高温水貯水槽よりも低い温度の温水を貯蓄する中温水貯水槽と、
前記貯水槽に貯蓄される温水を加熱可能な各貯水槽ごとに備えられた熱交換ユニットと、
太陽熱集熱パネルと、
主要部分が地中に埋設された蓄熱部と、
熱交換媒体を前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部と前記熱交換ユニットとを選択循環させるための媒体循環経路と、
前記媒体循環経路を循環する前記熱交換媒体を前記太陽熱集熱パネルに循環させるか否かを制御するパネル制御弁と、
前記媒体循環経路を循環する前記熱交換媒体を前記それぞれの熱交換ユニットに循環させるか否かを制御するユニット制御弁と、
前記媒体循環経路を循環する前記熱交換媒体を前記蓄熱部に循環させるか否かを制御する地中制御弁と、
前記各制御弁を制御する制御部とを備え、
前記制御部は前記熱交換媒体の温度に基づいて前記各制御弁を制御することを特徴とする熱利用システム。
【請求項２】
更に、前記太陽熱集熱パネル内の前記液状熱媒体温度を検出するパネル温度センサを備え、
前記制御部は、前記パネル温度センサの検出する温度から前記熱交換媒体が前記媒体循環経路を循環させるか否かを決定することを特徴とする請求項１記載の熱利用システム。
【請求項３】
前記熱交換ユニットは、前記熱交換媒体よりの熱で貯水槽から送られてくる温水を加熱可能であり、
前記制御部は、パネル温度測定部の測定温度が所定温度以上である場合に、前記熱交換媒体が前記太陽熱集熱パネルと前記熱交換媒体循環経路を循環するように制御して循環経路制御の基となる前記熱交換媒体温度を調べることを特徴とする請求項２記載の熱利用システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記媒体循環経路の熱交換媒体が前記高温水貯水槽に貯蓄された温水の温度より高い温度である場合には前記熱交換媒体を太陽熱集熱パネルと前記高温水貯水槽に対応する熱交換ユニットとを循環するように制御し、前記熱交換媒体循環経路内の熱交換媒体が前記高温水貯水槽に貯蓄された温水の温度以下で前記中温水貯水槽に貯蓄された温水の温度より高い温度である場合には前記熱交換媒体を太陽熱集熱パネルと前記中温水貯水槽に対応する熱交換ユニットとを循環するように制御し、前記熱交換媒体循環経路内の熱交換媒体が前記中温水貯水槽に貯蓄された温水の温度以下で前記蓄熱部に貯蓄されている熱交換媒体の温度以上である場合には前記熱交換媒体を前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部を循環させる様に各制御弁を制御することを特徴とする請求項３記載の熱利用システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記熱交換媒体循環経路内の熱交換媒体が前記蓄熱部に貯蓄されている熱交換媒体の温度以下である場合には前記太陽熱集熱パネルに前記熱交換媒体が供給されないようにパネル制御弁を制御することを特徴とする請求項４記載の熱利用システム。
【請求項６】
前記温度の高い温水を貯蓄する高温水貯水槽は給湯用の給水槽であり、前記高温水貯水槽よりも低い温度の温水を貯蓄する温水貯水槽は空調用の蓄熱槽であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の熱利用システム。
【請求項７】
前記中温水貯水槽にはヒートポンプが接続され、ヒートポンプは前記中温水貯水槽に蓄熱されている中温水を加熱可能であることを特徴とする請求項６記載の熱利用システム。
【請求項８】
前記ヒートポンプは、前記媒体循環経路にも接続され、熱交換媒体の熱を吸収可能であると共に、前記高温水貯水槽に貯水されている高温水を加熱可能であることを特徴とする請求項７記載の熱利用システム。
【請求項９】
前記ヒートポンプは、前記蓄熱部と接続され、前記ヒートポンプ稼働時に前記熱交換媒体を前記蓄熱部と前記ヒートポンプに循環可能であることを特徴とする請求項８記載の熱利用システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記ヒートポンプによる冷房運転時に、熱交換媒体を前記媒体循環経路と前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部とを循環させ、前記ヒートポンプにより加熱された熱交換媒体の熱を前記太陽熱集熱パネルを介して放熱可能であることを特徴とする請求項９記載の熱利用システム。
【請求項１１】
前記蓄熱部は、主要部が地中に埋設された略U字型の可撓性を有するプラスチック管を必要数つなぎ合わせ、前記プラスチック管の地中埋設部分の周囲には硅砂を充填してなることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の熱利用システム。
【請求項１２】
前記熱交換媒体は、水に比して大きな比熱を有し、周囲環境にかかわらず液相状態を維持可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の熱利用システム。
【請求項１３】
前記熱交換媒体は不凍液であることを特徴とする請求項１２記載の熱利用システム。
【請求項１４】
太陽熱集熱パネルと、温水を貯蓄する貯水槽と、前記貯水槽に貯蓄される温水を加熱可能な熱交換ユニットと、主要部分が地中に埋設された蓄熱部と、前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部と前記熱交換ユニットとを選択循環可能な熱交換媒体と、前記熱交換媒体を前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部と前記熱交換ユニットとを選択循環させるための熱交換媒体循環経路とを備え前記貯水槽に貯蓄されている温水を利用する熱利用システムにおける熱利用方法であって、
前記熱交換媒体を前記太陽熱集熱パネルと前記熱交換媒体循環経路を循環させる準備モードと、
前記熱交換媒体循環経路の前記熱交換媒体が前記貯水槽に貯蓄されている温水より高い温度の時に前記熱交換媒体を前記熱交換媒体循環経路を介して前記太陽熱集熱パネルと前記熱交換ユニットとを循環させる2種の加熱モードと、
前記熱交換媒体循環経路の前記熱交換媒体が前記貯水槽に貯蓄されている温水より低い温度の時に前記熱交換媒体を前記熱交換媒体循環経路を介して前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部とを循環させる地中蓄熱モードとを有し、
前記熱交換媒体循環経路の前記熱交換媒体が前記蓄熱部内の前記熱交換媒体より低い温度の時に前記準備モードに移行することを特徴とする熱利用方法。
【請求項１５】
前記貯水槽は、温度の高い温水を貯蓄する高温水貯水槽と、前記高温水貯水槽よりも低い温度の温水を貯蓄する温水貯水槽の2つの貯水槽を含み、
前記温水加熱モードは、
前記熱交換媒体循環経路の前記熱交換媒体が前記高温水貯水槽に貯蓄されている温水より高い温度の時に前記熱交換媒体を前記熱交換媒体循環経路を介して前記太陽熱集熱パネルと前記高温水貯水槽の熱交換ユニットとを循環させる高温水加熱モードと、
前記熱交換媒体循環経路の前記熱交換媒体が前記高温水貯水槽に貯蓄されている温水より低く前記温水貯水槽に貯蓄されている温水より高い温度の時に前記熱交換媒体を前記熱交換媒体循環経路を介して前記太陽熱集熱パネルと前記温水貯水槽の熱交換ユニットとを循環させる中温水加熱モードとを有することを特徴とする請求項１４記載の熱利用方法。
【請求項１６】
前記熱利用システムは前記貯水槽に貯水される温水を加熱可能なヒートポンプを更に備え、
前記貯水槽に貯蓄されている温水が前記熱交換ユニットでの加熱にもかかわらず所定の温度以下になったときに前記ヒートポンプにより前記貯水槽に貯蓄されている温水を所定温度に加熱する貯水槽加熱モードを有することを特徴とする請求項１４又は請求項１５記載の熱利用方法。
【請求項１７】
前記ヒートポンプには、前記蓄熱部を循環する前記熱交換媒体が供給可能であり、前記熱交換媒体で予め加熱したのちに前記温水の加熱を行うことを特徴とする請求項１６記載の熱利用方法。
【請求項１８】
前記ヒートポンプによる冷房運転時に、熱交換媒体を前記媒体循環経路と前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部とを循環させ、前記ヒートポンプにより加熱された熱交換媒体の熱を前記太陽熱集熱パネルを介して放熱することを特徴とする請求項１６又は請求項１７記載の熱利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱や地中熱を有効に利用することができる熱利用システム及び熱利用方法に関し、例えば寒冷地域の一般家屋などでも効率的に太陽熱や地中熱を利用することができる熱利用システム及び熱利用方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱利用システムとしては、太陽熱温水器により給水槽に貯水している水を加熱して生活用水として使用するものが最も一般的であった。
【０００３】
又、これの進化型としては、太陽熱集熱パネルで加熱した熱媒体を利用して給水槽内の水を暖めると共に、ヒートポンプを備え、ヒートポンプによる給水槽内の水の更なる加熱が図られていた。
【０００４】
更に、地中の温度が一定であることを利用して、熱媒体を地中とヒートポンプとに循環させて、地熱を利用してヒートポンプの効率を上げる、いわゆる地中熱源ヒートポンプを利用したジオサーマルシステムも実現してきている。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載の太陽エネルギー利用装置は、生活用に用いる温水を貯蔵する貯湯槽と、地中に埋設された採熱部と、太陽熱集熱パネルと、ヒートポンプと、採熱部と太陽熱集熱パネルとヒートポンプとに第１の熱媒体を循環させる循環経路と、貯湯槽に配設されたヒートポンプにより加熱される第２の熱媒体を流す第１の加熱コイルと、冷媒経路に接続される第２の加熱コイルとを備え、ヒートポンプは、冷媒経路を流れる第１の熱媒体から熱を吸収して第２の熱媒体を加熱可能に構成され、第１の熱媒体を第２の加熱コイルに循環させるとともに第２の熱媒体を第１の加熱コイルに循環させて貯湯槽内の水を加熱可能に構成されていた。
【０００６】
そして、循環経路は、採熱部を経由せずに集熱器と第２の加熱コイルとに第１の熱媒体を流す第１の状態と、第２の加熱コイルを経由せずに集熱器と採熱部とに熱媒体を流す第２の状態と、集熱器と第２の加熱コイルとを経由せずに採熱部に第１の熱媒体を流す第３の状態とに切換自在な流路切換手段を備えていた。
【０００７】
そして、貯湯槽内の水温が設定温度より低く、太陽熱集熱パネルで加温された熱媒体の温度が貯湯槽内の水温より所定温度以上高い場合には、ヒートポンプを作動しない状態で、流路切換手段で採熱部を経由せずに集熱器と第２の加熱コイルとに第１の熱媒体を流す様に切り換えていた。
【０００８】
そして、貯湯槽内の水温が設定温度より低く、太陽熱集熱パネルで加温された熱媒体の温度が、貯湯槽内の水温より所定温度より低く、かつ、採熱部で加温された熱媒体の温度より所定温度以上高い場合には、ヒートポンプを作動させると共に、流路切換手段で第２の加熱コイルを経由せずに集熱器と採熱部とに熱媒体を流す様に切り換えていた。
【０００９】
又、貯湯槽内の水温が設定温度より低く、太陽熱集熱パネルで加温された熱媒体の温度が採熱部で加温された熱媒体の温度より所定温度低い場合には、ヒートポンプを作動させると共に、流路切換手段で集熱器と第２の加熱コイルとを経由せずに採熱部に熱媒体を流す様に切り換え、貯湯槽内の水温が設定温度以上であり、太陽熱集熱パネルで加温された熱媒体の温度が採熱部で加温された熱媒体の温度より所定温度以上高い場合には、ヒートポンプを作動せずに、流路切換手段で第２の加熱コイルを経由せずに集熱器と採熱部とに熱媒体を流す様にしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２１４５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、太陽熱集熱パネルで加熱した温水を利用したり、太陽熱集熱パネルで加熱した水を給水槽内の水の加熱に利用するのみであるため、十分に太陽光が降り注いでいる夏や、日中のごく一部の時間しか加熱した熱媒体を利用できず、加熱された熱媒体をほとんど利用できなかった。
【００１２】
又、技術文献１に記載された熱利用システムでも同様であり、貯湯槽はあくまで給湯用であり、太陽熱集熱パネルで加熱された熱媒体温度が５５℃以上の高い温度でなければ利用されていなかった。
又、空調は全てヒートポンプ・循環ポンプ・放熱ファン・放熱器の作動により行われており、機器の電力消費も多く、効率を上げられなかった。
【００１３】
本発明は、上述した課題によりなされたもので、太陽光や地中熱を無駄なく、有効に利用できる熱利用システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、例えば以下の構成を備える。
すなわち、温度の高い温水を貯蓄する高温水貯水槽と、前記高温水貯水槽よりも低い温度の温水を貯蓄する中温水貯水槽と、前記貯水槽に貯蓄される温水を加熱可能な各貯水槽ごとに備えられた熱交換ユニットと、太陽熱集熱パネルと、主要部分が地中に埋設された蓄熱部と、熱交換媒体を前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部と前記熱交換ユニットとを選択循環させるための媒体循環経路と、前記媒体循環経路を循環する前記熱交換媒体を前記太陽熱集熱パネルに循環させるか否かを制御するパネル制御弁と、前記媒体循環経路を循環する前記熱交換媒体を前記それぞれの熱交換ユニットに循環させるか否かを制御するユニット制御弁と、前記媒体循環経路を循環する前記熱交換媒体を前記蓄熱部に循環させるか否かを制御する地中制御弁と、前記各制御弁を制御する制御部とを備え、前記制御部は前記熱交換媒体の温度に基づいて前記各制御弁を制御することを特徴とする。
【００１５】
そして例えば、更に、前記太陽熱集熱パネル内の前記液状熱媒体温度を検出するパネル温度センサを備え、前記制御部は、前記パネル温度センサの検出する温度から前記熱交換媒体を前記媒体循環経路が循環させるか否かを決定することを特徴とする。
【００１６】
また例えば、前記熱交換ユニットは、前記熱交換媒体よりの熱で貯水槽から送られてくる温水を加熱可能であり、前記制御部は、パネル温度測定部の測定温度が所定温度以上である場合に、前記熱交換媒体が前記太陽熱集熱パネルと前記熱交換媒体循環経路を循環するように制御して循環経路制御の基となる前記熱交換媒体温度を調べることを特徴とする。
【００１７】
更に例えば、前記制御部は、前記媒体循環経路の熱交換媒体が前記高温水貯水槽に貯蓄された温水の温度より高い温度である場合には前記熱交換媒体を太陽熱集熱パネルと前記高温水貯水槽に対応する熱交換ユニットとを循環するように制御し、前記熱交換媒体循環経路内の熱交換媒体が前記高温水貯水槽に貯蓄された温水の温度以下で前記中温水貯水槽に貯蓄された温水の温度より高い温度である場合には前記熱交換媒体を太陽熱集熱パネルと前記中温水貯水槽に対応する熱交換ユニットとを循環するように制御し、前記熱交換媒体循環経路内の熱交換媒体が前記中温水貯水槽に貯蓄された温水の温度以下で前記蓄熱部に貯蓄されている熱交換媒体の温度以上である場合には前記熱交換媒体を前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部を循環させる様に各制御弁を制御することを特徴とする。
【００１８】
また例えば、前記制御部は、前記熱交換媒体循環経路内の熱交換媒体が前記蓄熱部に貯蓄されている熱交換媒体の温度以下である場合には前記太陽熱集熱パネルに前記熱交換媒体が供給されないようにパネル制御弁を制御することを特徴とする。
【００１９】
更に例えば、前記温度の高い温水を貯蓄する高温水貯水槽は給湯用の給水槽であり、前記高温水貯水槽よりも低い温度の温水を貯蓄する温水貯水槽は空調用の蓄熱槽であることを特徴とする。
【００２０】
また例えば、前記中温水貯水槽にはヒートポンプが接続され、ヒートポンプは前記中温水貯水槽に蓄熱されている中温水を加熱可能であることを特徴とする。
【００２１】
そして例えば、前記ヒートポンプは、前記媒体循環経路にも接続され、熱交換媒体の熱を吸収可能であると共に、前記高温水貯水槽に貯水されている高温水を加熱可能であることを特徴とする。
【００２２】
更に例えば、前記ヒートポンプは、前記蓄熱部と接続され、前記ヒートポンプ稼働時に前記熱交換媒体を前記蓄熱部と前記ヒートポンプに循環可能であることを特徴とする。
【００２３】
また例えば、前記制御部は、前記ヒートポンプによる冷房運転時に、熱交換媒体を前記媒体循環経路と前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部とを循環させ、前記ヒートポンプにより加熱された熱交換媒体の熱を前記太陽熱集熱パネルを介して放熱可能であることを特徴とする。
【００２４】
更に例えば、前記蓄熱部は、主要部が地中に埋設された略U字型の可撓性を有するプラスチック管を必要数つなぎ合わせ、前記プラスチック管の地中埋設部分の周囲には硅砂を充填してなることを特徴とする。
【００２５】
また例えば、前記熱交換媒体は、水に比して大きな比熱を有し、周囲環境にかかわらず液相状態を維持可能であることを特徴とする。そして例えば、前記熱交換媒体は不凍液であることを特徴とする。
【００２６】
または、太陽熱集熱パネルと、温水を貯蓄する貯水槽と、前記貯水槽に貯蓄される温水を加熱可能な熱交換ユニットと、主要部分が地中に埋設された蓄熱部と、前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部と前記熱交換ユニットとを選択循環可能な熱交換媒体と、前記熱交換媒体を前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部と前記熱交換ユニットとを選択循環させるための熱交換媒体循環経路とを備え前記貯水槽に貯蓄されている温水を利用する熱利用システムにおける熱利用方法であって、前記熱交換媒体を前記太陽熱集熱パネルと前記熱交換媒体循環経路を循環させる準備モードと、前記熱交換媒体循環経路の前記熱交換媒体が前記貯水槽に貯蓄されている温水より高い温度の時に前記熱交換媒体を前記熱交換媒体循環経路を介して前記太陽熱集熱パネルと前記熱交換ユニットとを循環させる2種の加熱モードと、前記熱交換媒体循環経路の前記熱交換媒体が前記貯水槽に貯蓄されている温水より低い温度の時に前記熱交換媒体を前記熱交換媒体循環経路を介して前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部とを循環させる地中蓄熱モードとを有し、前記熱交換媒体循環経路の前記熱交換媒体が前記蓄熱部内の前記熱交換媒体より低い温度の時に前記準備モードに移行する熱利用方法であることを特徴とする。
【００２７】
そして例えば、前記貯水槽は、温度の高い温水を貯蓄する高温水貯水槽と、前記高温水貯水槽よりも低い温度の温水を貯蓄する温水貯水槽の2つの貯水槽を含み、前記温水加熱モードは、前記熱交換媒体循環経路の前記熱交換媒体が前記高温水貯水槽に貯蓄されている温水より高い温度の時に前記熱交換媒体を前記熱交換媒体循環経路を介して前記太陽熱集熱パネルと前記高温水貯水槽の熱交換ユニットとを循環させる高温水加熱モードと、前記熱交換媒体循環経路の前記熱交換媒体が前記高温水貯水槽に貯蓄されている温水より低く前記温水貯水槽に貯蓄されている温水より高い温度の時に前記熱交換媒体を前記熱交換媒体循環経路を介して前記太陽熱集熱パネルと前記温水貯水槽の熱交換ユニットとを循環させる中温水加熱モードとを有する熱利用方法であることを特徴とする。
【００２８】
また例えば、前記熱利用システムは前記貯水槽に貯水される温水を加熱可能なヒートポンプを更に備え、前記貯水槽に貯蓄されている温水が前記熱交換ユニットでの加熱にもかかわらず所定の温度以下になったときに前記ヒートポンプにより前記貯水槽に貯蓄されている温水を所定温度に加熱する貯水槽加熱モードを有する熱利用方法であることを特徴とする。
【００２９】
更に例えば、前記ヒートポンプには、前記蓄熱部を循環する前記熱交換媒体が供給可能であり、前記熱交換媒体で予め加熱したのちに前記温水の加熱を行う熱利用方法であることを特徴とする。
【００３０】
また例えば、前記ヒートポンプによる冷房運転時に、熱交換媒体を前記媒体循環経路と前記太陽熱集熱パネルと前記蓄熱部とを循環させ、前記ヒートポンプにより加熱された熱交換媒体の熱を前記太陽熱集熱パネルを介して放熱する熱利用方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明の熱利用システムは、太陽熱集熱パネルの集熱した熱エネルギーを無駄なく、かつ効率よく利用することができると共に、空調に要する消費電力量も軽減できる熱利用システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る一実施の形態例の太陽熱、地中熱利用システムの概略経路図である。
【図２】本実施の形態例の主に冷房モード設定時における動作の概略動作を説明するための図である。
【００３３】
【図３】本実施の形態例の主に暖房モード設定時における動作の概略動作を説明するための図である。
【図４】図２、３における準備モードの詳細を説明するためのフローチャートである。
【００３４】
【図５】図２、３における給湯蓄熱モードの詳細を説明するためのフローチャートである。
【図６】図３における空調蓄熱モードの詳細を説明するためのフローチャートである。
【００３５】
【図７】図３における地中蓄熱モードの詳細を説明するためのフローチャートである。
【図８】図２、３における停止モードの詳細を説明するためのフローチャートである。
【００３６】
【図９】図２における地中放熱モードの詳細を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１０…太陽熱集熱パネル、
１５、２５、３５、４５、６５…温度センサ、
２０…給湯槽、
２３，４８，４９…逆止弁
３３，４４，４７…二方弁、
【００３８】
２６，３６，４６…ポンプ、
２８、３８…熱交換ユニット、
３０…蓄熱槽、
３２…暖房装置、
４０…熱媒体循環路、
【００３９】
４２，４３，…三方弁、
５０…ヒートポンプ、
６０…蓄熱部、
１００…制御部
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明を実施するために形態例は、例えば以下の概略構成を備えている。
以下、図面を参照して本発明に係る一発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明に係る一発明の実施の形態例の熱利用システムの概略を説明するためのブロック図である。
【００４１】
図１において、１０は太陽熱集熱パネルであり、その内部には、図示されてはいない熱交換媒体が流れて太陽熱を集熱する配管が巡らされている。そして、この配管の両端には、パネル制御三方弁４１を介して熱交換媒体循環路４０が接続されている。
【００４２】
太陽熱集熱パネル１０は、例えば建物の屋根面に太陽方向に向けて載置することが望ましい。しかし、以上の例に限定されるものではなく、建物のベランダにセットされていても、壁部分に取り付けられても、地面の上に設置されてもよく、太陽光を有効に受光できる様に設置されているのであればその設置場所は何ら制限されるものではない。
【００４３】
更に、固定的に設置される例に限定されるものではなく、太陽熱集熱パネル１０は太陽に対する向きにより集熱効果に大きな差異が生じるため、太陽が空の高い位置を通る夏期のパネル傾け角度と、太陽が空の低い位置を通る冬期とでパネル傾け角度を変えることにより、太陽光の集熱効率を上げることができる。
【００４４】
太陽の移動に対応して常にパネルが太陽の方向を向くようにパネル角度や向きを自動制御してもよい。この制御は、システムを導入している場所から、緯度・経度を調べ、予め年間を通した太陽位置を算出してメモリに記憶しておき、月日の経過と共に順次記憶している太陽の位置を読み込んで読み込んだ太陽の位置に合わせて太陽熱集熱パネルの傾き及び向きを制御する事などが考えられる。
【００４５】
なお、太陽光による集熱効果がほとんど期待できない悪天候の場合等であれば、標準的な位置に固定したままとして、無用なエネルギーの消費を抑えてもよい。このように、よりきめ細かなパネル制御を行うことで、太陽光による集熱を効率的に行うことができる。
【００４６】
１５はこの太陽熱集熱パネル１０の上部に配設された、太陽熱集熱パネル１０の内部温度を計測するための集熱器温度センサは、集熱内部温度が各循環経路に接続できるか温度計測し判断している。
【００４７】
例えば、システムの起動時や、太陽熱集熱パネル１０の温度が後述する蓄熱部温度センサ６５の温度以下が予想される暖房運転モード時等に、当該パネル制御二方弁３３、給湯制御三方弁４２、蓄熱制御三方弁４３、循環制御二方弁４４、地中循環逆止弁４８を制御して熱交換媒体を循環させる。
【００４８】
２０は比較的高温の、例えば５０℃程度の高温水を貯水する高温水貯水槽である給湯槽、２３は給湯槽２０内の温水をヒートポンプ５０に逆流しないようにする逆止弁、２５は給湯槽２０に貯水されている温水の温度を測定する給湯槽温度センサ、２６は給湯槽２０内の温水を給湯槽熱交換ユニット２８に循環させる給湯槽ポンプ、２８は給湯槽２０の温水を加熱する給湯槽熱交換ユニットである。
【００４９】
３０は冷暖房などに利用可能な中程度温度、例えば3５℃程度の中温の温水を貯水する中温水貯水槽である蓄熱槽、３３は蓄熱槽の温水を蓄熱槽熱交換ユニット３８に送るか否かを制御するバイパス制御二方弁、３５は蓄熱槽３０に貯水されている温水の温度を測定する蓄熱槽温度センサ、３６は蓄熱槽３０内の案水を暖房機３２に送る暖房ポンプ、３８は蓄熱槽３０の温水を加熱する蓄熱槽熱交換ユニットである。
【００５０】
４０は所定径の断熱処理の施された例えば銅管、アルミ管等、ある程度の耐熱性能を有する配管で形成することが可能な熱交換媒体循環経路であり、４２は熱交換ユニット２８に熱交換媒体を循環させるか否かを制御する給湯制御三方弁、４３は熱交換ユニット３８に熱交換媒体を循環させるか否かを制御する蓄熱制御三方弁、４４は蓄熱部６０に太陽熱集熱パネル１０からの熱交換媒体を循環させるか否かを制御する循環制御二方弁、４７は熱交換媒体循環経路４０の熱交換媒体を主要部が地中に埋設されている蓄熱部６０に循環させるか否かを制御する地中制御二方弁、４８は蓄熱部６０とヒートポンプ５０とのみで蓄熱部６０内の熱交換媒体を循環させるか、熱交換媒体循環経路４０に循環させるかを制御する地中循環逆止弁、４９は熱交換媒体循環経路４０の熱交換媒体を蓄熱部６０に循環させるか否かを制御する地中制御逆止弁である。
【００５１】
５０A〜Cはヒートポンプ５０を模式的に表しており、給湯槽２０の温水、蓄熱槽３０の温水、蓄熱部６０よりの熱交換媒体がそれぞれ別に循環する少なくとも３つの熱交換部を備えている。
【００５２】
６０は僅かに可撓性を有する例えばプラスチック製のパイプ（例えば、塩化ビニール管）を略Ｕ字型に成形し、主要部を地中にほぼ垂直方向に埋設してなる蓄熱部であり、６５は蓄熱部６０内の熱交換媒体温度を測定可能な蓄熱部温度センサである。
【００５３】
本実施の形態例では、地中にあけた縦穴の中に略Ｕ字型パイプを配置し、この縦穴の中に硅砂を充填している。なお、主要部を垂直方向でなく、水平方向に埋設してもよい。更に、所定角度傾斜させて埋設してもよい。
【００５４】
略Ｕ字型パイプと周辺地盤との間に硅砂を充填するのは、単に地中に略Ｕ字型パイプを埋設して周辺と同じ土で充填する場合に比し、略Ｕ字型パイプ内の熱交換媒体と周辺地盤との熱伝達効率が大きく向上することを発見したからである。
【００５５】
このように略Ｕ字型パイプの周辺に硅砂を充填したことにより、パイプ周辺に空隙等が生じることなく、互いに密着した状態を容易に生成できるからである。なお、略Ｕ字型パイプの周辺に充填するのは、硅砂に限らず、粒子径の小さいものやベントナイトなどで、代用できる。
【００５６】
蓄熱部６０のパイプの埋設深さは、ヒートポンプの能力や埋設場所の地盤や水位の状況にあわせて調整されるが、例えば図の例では地中６０ｍ〜８０ｍ程度埋設した僅かに可撓性を有するＵ字型パイプを２連併設している。この埋設方法は図示の例に限定されるものではなく、例えば、３０ｍ程度の深さのU字型パイプを４本から６本ほど併設しても、又、２０ｍ程度の深さのU字型パイプを８ほど併設してもよい。
更に、地中深く埋設するのではなく、比較的地表近くに地盤面に対し水平に並べて多数埋設してもよい。
【００５７】
又、１００は以上の各温度センサでの温度を測定し、測定した温度、不図示の運転モード設定部で設定された後述する運転モードに従って、各構成要素の制御を行う制御部であり、ポンプやヒートポンプの制御のみならず全ての弁の開閉制御を行い、効率の良い熱利用を実現している。
【００５８】
制御部１００において、１１０は各構成要素の駆動制御を司る動作制御部、１２０は各動作シーケンスの設定及び動作モード設定を行う動作指示パネル、１３０は動作指示パネルで設定された、あるいは初期設定された各動作パラメータを記憶する動作パラメータ記憶部、１４０は動作指示パネル１２０から指示された動作シーケンス、あるいは初期設定された標準の動作シーケンス等の動作シーケンスを記憶する動作シーケンス記憶部である。
【００５９】
動作制御部１１０は、動作シーケンス記憶部１４０に記憶されている動作シーケンスと動作パラメータ記憶部１３０に記憶されている動作パラメータに従って、各構成要素の動作制御を行う。
【００６０】
なお、給湯槽２０内の暖められた温水は、台所又は洗面所、浴室などに送られ利用されると共に、蓄熱槽３０内の温水は、居室内の放熱器に送られて暖房として利用される。放熱器については、一般的な構成のものを用いることができるため、詳細説明を省略する。
【００６１】
以下、図２乃至図７に示すフローチャートを参照して以上の構成を備える本実施の形態例の熱利用システムの動作を説明する。図２乃至図８は、本実施の形態例の熱利用システムの動作を説明するためのフローチャートであり、図２は主に冷房モード設定時における動作の概略動作を説明するための図、図３は主に暖房モード設定時における動作の概略動作を説明するための図である。
【００６２】
また、図４は図２，３における準備モードの詳細を説明するためのフローチャート、図５は図２，３における給湯モードの詳細を説明するためのフローチャート、図６は図３における蓄熱モードの詳細を説明するためのフローチャート、図７は図３における地中蓄熱モードの詳細を説明するためのフローチャート、図８は図２，３における停止モードの詳細を説明するためのフローチャート、図９は図２における地中放熱モードの詳細を説明するためのフローチャートである。
【００６３】
以下の説明は、太陽熱集熱パネル１０を用いた熱利用について主に説明し、ヒートポンプ５０による給湯槽２０及び蓄熱槽３０内の温水加熱制御の詳細説明を省略する。ヒートポンプ５０の使用方法は一般的な使用方法である為、詳細説明は省略するが、給湯糟２０あるいは蓄熱糟３０の温度が予め設定された温度以下になったときに、設定された温度になるように加熱したり、冷房運転時に不図示の冷房装置に冷水を供給するために用いる。
【００６４】
本実施の形態例システムの動作は、動作指示パネル１２０から指示することができ、以下に説明する各種のシーケンスもすべて初期設定などで動作シーケンス記憶部１４０に記憶させることができる。即ち、設定に従って、任意の動作を行わせることが可能に構成されている。
【００６５】
そして、この動作シーケンス記憶部１４０に記憶されている動作シーケンスに従って上記フローチャートに示す動作を行う。また、動作指示パネル１２０は、システムを、夏期、中間期などに冷房モードで動作させるか、冬期などにおける暖房モードで動作させるかを指示させることができるとともに、各動作モードに移行する温度設定を簡単にできるようになっている。
【００６６】
まず最初に、図２及び図３を参照して本実施の形態例の熱利用システムの概略動作シーケンスを説明する。以下の制御は、動作制御部１１０が、動作シーケンス記憶部１４０に登録されている動作シーケンス及び動作指示パネル１２０の指示状態に従って行う。
【００６７】
ステップＳ１０で動作指示パネル１２０の動作モード設定が、暖房モードに設定されているか、冷房モード（中間モードを含む。）に設定されているかを判断する。冷房モードに設定されているときにはステップＳ１２に進み、太陽熱集熱パネル１０上部の温度を温度センサ１５で測定する。
【００６８】
続くステップＳ１４で測定温度が循環路４０を循環させて良い温度になっているか否かを調べる。循環させて良い温度としては、任意の温度に設定できるが、例えば、昼間は４０℃以上、夜間は１２℃以下とすることが望ましい。さらには、昼間は４５℃以上が時に好ましい。更に好ましくは６０℃以上である。この温度でない場合にはステップＳ１２に戻り、熱交換媒体の循環を行わない。
【００６９】
一方、循環させて良い温度の場合にはステップＳ１６に進み、図４に示す準備モード運転を行う。そしてステップＳ１８で循環路の熱交換媒体温度を循環温度センサ４５で測定する。続くステップＳ２０で給湯糟２０内の温水を加熱可能な高温設定温度以上か否かを調べる。
【００７０】
例えば、循環路温度センサ４５が４０℃以上、好ましくは６０℃以上である場合にはステップＳ２２に進み、給湯槽２０の温水を加熱する。その後ステップＳ２４に進み、運転モードが変更状態か否かを調べる。
【００７１】
これは、一定時間給湯モードでの動作を続けた後、循環温度センサ４５の測定温度がステップＳ２０で判定した高温設定温度以上でなくなった場合などは、もはや給湯モードでの運転に適さなくなるため、ステップＳ３２に進むことになる。
【００７２】
ステップＳ４０では、冷房運転を行っているか否かを調べる。冷房運転を行っていない場合にはステップＳ１８に戻る。冷房運転を行っている場合にはステップＳ４２に進み、パネル温度センサ１５により太陽熱集熱パネル１０内の熱交換媒体の温度を調べる。そして続くステップＳ４４で、放熱温度範囲か否かを調べる。
【００７３】
例えば、太陽熱集熱パネル１０内の熱交換媒体の温度が蓄熱部温度センサ６５の測定温度より低い場合等が該当する。放熱温度範囲の場合にはステップＳ４６に進み、図９に詳細を示す放熱モード運転を行ってステップＳ１８に戻る。
【００７４】
一方、ステップＳ２０で高温設定温度以上でない場合にはステップＳ２６に進み、低温設定温度以下か否かを調べる。低温設定温度としては、例えば１２℃以下の場合などが考えられる。低温設定温度以下の場合にはステップＳ２８に進み、図７に示す地中放熱モード運転を行う。
【００７５】
その後ステップＳ３０に進み、運転モードが変更状態か否かを調べる。これは、一定時間地中蓄熱モードでの動作を続けた後、循環温度センサ４５の測定温度がステップＳ２６で判定した低温設定温度以下でなくなった場合などは、もはや地中放熱モードでの運転に適さなくなるため、ステップＳ４０に進むことになる。
【００７６】
一方、ステップＳ２６で低温設定温度以下でない場合にはステップＳ３２に進み、図８に示す停止モード運転を行う。その後ステップＳ３４に進み、運転モードが変更状態か否かを調べる。これは、一定時間停止モードでの動作を続けた後、循環温度センサ４５の測定温度が停止モードの範囲内の温度でなくなった場合などは、他の運転モードに移行する必要があり、ステップＳ１２に進むことになる。
【００７７】
一方、ステップＳ１０において、動作指示パネルにおける運転モード設定が暖房モードである場合には図３に示すステップＳ１００に進み、暖房モードでの動作シーケンスに移行する。
【００７８】
まずステップＳ１０２で図２に示す冷房モード時と同様にパネル温度センサ１５による太陽熱集熱パネル１０上部の温度を測定する。そして、この温度が熱交換媒体を循環路４０に循環させてよい温度か否かを調べる。この温度でない場合にはステップＳ１０２に戻り、熱交換媒体の循環を行わない。
【００７９】
本実施の形態例では暖房モードの場合と冷房モードの場合とでは循環路への循環温度が異なり、暖房モードではパネル温度センサが２０℃以上の場合には循環動作に移行させるようにしている。これは、本実施の形態例では、暖房を蓄熱槽３０に蓄熱した中温水を用いて行うからである。
【００８０】
熱交換媒体を循環路４０に循環させてよい温度、例えば２０℃以上である場合にはステップＳ１０６に進み、冷房モード時と基本的な動作に差異がない図４に示す準備モード運転を行う。そして循環路の熱交換媒体温度を循環温度センサ４５で測定し、ステップＳ１１０で給湯糟２０内の温水を加熱可能な高温設定温度以上か否かを調べる。
【００８１】
例えば、循環路温度センサ４５が５０℃以上である場合にはステップＳ１１２に進み、冷房モード時と基本的な動作に差異がない図５に示す給湯モード運転を行う。なお、この温度は以上の例が最適であるが、以上の例に限定されるものではなく、冷房モードと同じく４０℃以上としてもよい。４０℃から５５℃の範囲内の任意の温度設定を行えば、所望の作用効果を得ることが可能である。
【００８２】
その後ステップＳ１１４に進み、運転モードが変更状態か否かを調べる。これは、一定時間給湯モードでの動作を続けた後、循環温度センサ４５の測定温度がステップＳ１１０で判定した高温設定温度以上でなくなった場合などは、もはや給湯モードでの運転に適さなくなるため、ステップＳ１０８に戻ることになる。
【００８３】
一方、ステップＳ１１０で高温設定温度以上でない場合にはステップＳ１１６に進み、中温設定温度以上か否かを調べる。中温設定温度とは、給湯槽２０を加熱するほど高い温度ではないが、蓄熱温度センサ３５で検出した蓄熱槽３０温度暖房温度より十分高い温度、あるいは暖房設定温度より高い温度である場合等が該当する。
【００８４】
例えば、高温設定温度以下で後述する放熱モード設定温度以上である例えば３０℃以上（あるいは２５℃以上）である場合にはステップＳ１１６よりステップＳ１１８に進み、図６に示す蓄熱モード運転を行う。
【００８５】
その後ステップＳ１２０に進み、運転モードが変更状態か否かを調べる。これは、一定時間蓄熱モードでの動作を続けた後、循環温度センサ４５の測定温度がステップＳ１１６で判定した中温設定温度以上でなくなった場合などは、もはや蓄熱モードでの運転に適さなくなるため、ステップＳ１０８に戻ることになる。
【００８６】
一方、ステップＳ１１６で中温設定温度以上でない場合にはステップＳ１２２に進み、低温設定温度以上か否かを調べる。低温設定温度としては、例えば３０℃以上の場合などが考えられる。この場合にはステップＳ１２４に進み、図７に示す地中蓄熱モード運転を行う。
【００８７】
その後ステップＳ１２６に進み、運転モードが変更状態か否かを調べる。これは、一定時間放熱モードでの動作を続けた後、循環温度センサ４５の測定温度がステップＳ１２２で判定した低温設定温度以上でなくなった場合などは、もはや放熱モードでの運転に適さなくなるため、ステップＳ１０８に戻ることになる。
【００８８】
一方、ステップＳ１２２で低温設定温度以上でない場合にはステップＳ１２８に進み、図８に示す停止モード運転を行う。その後ステップＳ１３０に進み、運転モードが変更状態か否かを調べる。これは、一定時間停止モードでの動作を続けた後、循環温度センサ４５の測定温度が停止モードの範囲内の温度でなくなった場合などは、他の運転モードに移項する必要があり、ステップＳ１０２に戻ることになる。
【００８９】
以上の説明において、動作モードへの移行温度設定は、冬期と夏期、昼間と夜間の区別のほか、曇天と晴天、雨、雪の場合など天候によって変えてもよい。又、給湯槽２０、蓄熱槽３０、蓄熱部６０よりの熱交換媒体温度を測定し、循環路を循環する熱交換媒体温度とを比較し、循環路温度センサ４５の測定温度が給湯槽２０温度より高い場合には給湯モードに移行し、給湯槽２０の温度以上でなく、蓄熱槽３０の温度以上の場合に蓄熱モードに移行し、蓄熱部６０の温度以上の場合に地中蓄熱モードに移行するように制御してもよい。
【００９０】
以上のように制御することにより、給湯槽２０を加熱するほど高くはないが、暖房設定温度以上に加熱されているような場合に、この加熱された熱交換媒体を有効に利用することが可能となった。このため、例え外気温の低い冬期であっても、太陽熱集熱パネル１０で加熱された熱交換媒体を有効利用することで、電力や火力を用いて暖房した場合などに必要とするエネルギーの消費を大幅に減らすことができる。
【００９１】
次に以上の説明における各動作モードの詳細を説明する。まず図４を参照して準備モードの詳細制御を説明する。
【００９２】
準備モードは、これからどのモードの動作に移行したらよいかを判断できるように、熱交換媒体を循環路４０及び太陽熱集熱パネル１０に温度が安定するまで一定時間循環させ、循環温度センサ４５で温度を測定する。このため、ステップＳ２０２で給湯制御三方弁４２、蓄熱制御三方弁４３を通過モードに制御して熱交換媒体が太陽熱集熱パネル１０を循環し、熱交換媒体２８，３８、６０を循環しないように制御する。
【００９３】
続いてステップＳ２０４において、循環制御二方弁４４を通過モードに、地中制御二方弁４７を遮断モードに制御して熱交換媒体が蓄熱部６０を循環しないように制御する。
【００９４】
そして続くステップＳ２０６で循環ポンプ４６を駆動し、熱交換媒体が、太陽熱集熱パネル１０、循環路４０のみを循環するように制御する。次のステップＳ２０８で一定時間が経過するのを待つ。これは、熱交換媒体が循環路４０を実際の循環している状態が安定するのを待つためである。一定時間は例えば３０秒から数分とすることができ、好ましくは三〜五分間程度循環させれば状態が安定する。
【００９５】
状態が安定したところでステップＳ２１０に進み、循環温度センサ４５により循環路を循環する熱交換媒体の温度を測定する。そしてリターンする。
【００９６】
次に図5を参照して給湯槽２０に貯水されている温水を加熱する給湯モードの詳細制御を説明する。給湯モードでは、まずステップＳ３０２で蓄熱制御４３を通過モードに制御して熱交換媒体が太陽熱集熱パネル１０を循環し、熱交換媒体３８を循環しないように制御する。
【００９７】
続いてステップＳ３０４において、循環制御二方弁４４を通過モードに、加熱制御逆止弁２３、地中制御二方弁４７，地中制御逆止弁４９を遮断モードに制御して熱交換媒体が蓄熱部６０を循環しないように制御すると共に、給湯槽２０に貯水されている温水が、ヒートポンプ５０を循環しないように制御する。
【００９８】
そして続くステップＳ３０６で給湯制御三方弁４２を給湯槽２０側（熱交換ユニット２８側）に制御して循環路４０の熱交換媒体が給湯槽熱交換ユニット２８を循環するように制御する。そしてステップＳ３０８で給湯槽ポンプ２６と循環ポンプ４６を駆動し、熱交換媒体が、太陽熱集熱パネル１０、循環路４０、給湯槽熱交換ユニット２８を循環するように制御すると共に、給湯槽２０に貯水されている温水も給湯槽熱交換ユニット２８を循環するように制御する。
【００９９】
これにより、給湯槽２０に貯水されている温水が給湯槽熱交換ユニット２８を通過する際に熱交換媒体からの熱を吸収する。そして続くステップＳ３１０で一定時間が経過するのを待つ。これは、あまりに頻繁に動作モードを変更しては、熱交換ユニットの動作を妨げることになるからである。例えば１分から１０分程度までの所定時間とすることが望ましく、さらに望ましくは１分から３分程度、最適には例えば３分とすることが望ましい。
【０１００】
その後ステップＳ３１２で循環温度センサ４５で循環路を循環する熱交換媒体の温度を測定し、リターンする。
【０１０１】
次に図６を参照して蓄熱槽３０に貯水されている温水を加熱する蓄熱モードの詳細制御を説明する。蓄熱モードでは、まずステップＳ４０２で給湯制御三方弁４２を通過モードに制御して熱交換媒体が太陽熱集熱パネル１０を循環し、給湯槽を熱交換媒体２８が循環しないように制御する。
【０１０２】
続いてステップＳ４０４において、循環制御二方弁４４を通過モードに、交換制御二方弁３３、地中制御二方弁４７、地中制御逆止弁４８を遮断モードに制御して熱交換媒体が蓄熱部６０を循環しないように制御すると共に、蓄熱槽３０に貯水されている温水が、蓄熱槽熱交換ユニット３８を循環するように制御する。
【０１０３】
そして続くステップＳ４０６で蓄熱制御三方弁４３を蓄熱槽３０側（熱交換ユニット３８側）に制御して循環路４０の熱交換媒体が蓄熱槽熱交換ユニット３８を循環するように制御する。
【０１０４】
その後ステップＳ４０８で蓄熱槽ポンプ３６と循環ポンプ４６を駆動し、熱交換媒体を太陽熱集熱パネル１０、循環路４０、蓄熱槽熱交換ユニット３８を循環させると共に、蓄熱槽３０に貯水されている温水も蓄熱槽熱交換ユニット３８を循環させる。
【０１０５】
これにより、蓄熱槽３０に貯水されている温水が蓄熱槽熱交換ユニット３８を通過する際に熱交換媒体からの熱を吸収する。そして続くステップＳ４１０で一定時間が経過するのを待つ。これは、あまりに頻繁に動作モードを変更しては、畜熱槽熱交換ユニット３８の動作を妨げることになるからである。例えば１分から１０分程度までの所定時間とすることが望ましく、さらに望ましくは１分から３分程度、最適には３分間とすることが望ましい。
【０１０６】
その後ステップＳ４１２で循環温度センサ４５で循環路を循環する熱交換媒体の温度を測定し、リターンする。
【０１０７】
次に図７を参照して蓄熱部６０に熱交換媒体を循環させて地中に熱を蓄熱する地中蓄熱モードの詳細制御を説明する。地中蓄熱モードでは、まずステップＳ５０２で給湯制御三方弁４２、蓄熱制御三方弁４３を通過モードに制御して熱交換媒体が太陽熱集熱パネル１０を循環し、熱交換媒体２８、３８を循環しないように制御する。
【０１０８】
続いてステップＳ５０４において、循環制御二方弁４４を遮断モードに、地中制御二方弁４７、地中制御逆止弁４９を通過モードに制御し、続くステップＳ５０６で地中循環逆止弁４８を遮断モードに制御して、熱交換媒体が太陽熱集熱パネル１０と蓄熱部６０を循環できる様に各弁を制御する。
【０１０９】
そしてステップＳ５０８で循環ポンプ４６を駆動し、熱交換媒体が、太陽熱集熱パネル１０、循環路４０、蓄熱部６０を循環するように制御する。これにより、太陽熱集熱パネル１０で集熱した熱交換媒体の熱エネルギーが蓄熱部６０を介して地中に放熱され、地中温度を上げることになる。
【０１１０】
これは、例えば夜間など、地中温度に比し気温が低い場合等、夜間に熱交換媒体を蓄熱部６０とヒートポンプ５０とに循環させると、地中温度が徐々に低下していくが、昼間に蓄熱部６０から地中に放熱しておくと、地中温度の低下を有効に防ぐことができる。すなわち、発明者は、地下水が流れているような場合を除き、この蓄熱を行わないで地中採熱を続けていくと、ある時点以降急激に地中温度が低下してしまう現象が発生することを発見したためであり、これを防ぐために積極的に太陽熱集熱器１０で集熱した熱エネルギーを地中に送り、蓄熱する様にしたものである。
【０１１１】
そして続くステップＳ５１０で一定時間が経過するのを待つ。これは、あまりに頻繁に動作モードを変更しては、かえってシステムの効率を損なうことになるからである。その後ステップＳ５１２で循環温度センサ４５で循環路を循環する熱交換媒体の温度を測定し、リターンする。
【０１１２】
次に図８を参照して停止モードの詳細制御を説明する。停止モードでは、熱交換媒体の熱交換ユニットへの供給や蓄熱部６０への供給を行わないのみならず、循環路４０への循環も停止して太陽熱集熱パネル１０の温度が利用可能な温度になるのを待つモードである。
【０１１３】
例えば、曇天の場合や夜間等が該当し、特に太陽熱集熱パネル１０に雪が積もった場合のように、太陽熱集熱パネル１０内の熱交換媒体の温度が低くなった場合（氷点下の場合など）には、太陽熱集熱パネル１０を循環する熱交換媒体を給湯槽２０，蓄熱槽３０，蓄熱部６０等と完全に切り離す効果が大きい。
【０１１４】
このため、まずステップＳ６０２で（太陽熱集熱パネル循環モード）に、給湯制御三方弁４２、蓄熱制御三方弁４３を通過モードに制御して太陽熱集熱パネル１０と熱交換媒体が熱交換媒体２８、３８を循環しないように制御する。
【０１１５】
続いてステップＳ６０４において、循環制御二方弁４４を通過モードに、地中制御二方弁４７、地中制御逆止弁４９を遮断モードに制御し、蓄熱部６０と循環路４０とを切り離す。続くステップＳ６０６で地中循環逆止弁４８を遮断モードに制御し、熱交換媒体が蓄熱部６０を循環しないように制御する。
【０１１６】
そしてステップＳ６０８で循環ポンプ４６を停止し、熱交換媒体が、循環路４０を循環することがないように制御する。そして続くステップＳ６１０で一定時間が経過するのを待つ。これは、あまりに頻繁に動作モードを変更しては、かえって効率を低下させることにもつながるからである。その後ステップＳ６１２でパネル温度センサ１５で太陽熱集熱パネル１０上部の温度を測定し、リターンする。
【０１１７】
次に図９を参照して冷房運転時のヒートポンプ５０が発生する熱を放熱する放熱モードの詳細制御を説明する。放熱モードでは、まずステップＳ７０２で給湯制御三方弁４２、蓄熱制御三方弁４３を通過モードに制御して熱交換媒体が太陽熱集熱パネル１０を循環し、熱交換媒体２８、３８を循環しないように制御する。
【０１１８】
続いてステップＳ７０４において、循環制御二方弁４４を遮断モードに、地中制御二方弁４７、地中制御逆止弁４９を通過モードに制御し、続くステップＳ７０６で地中循環逆止弁４８を遮断モードに制御して、熱交換媒体がヒートポンプ５０と太陽熱集熱パネル１０と蓄熱部６０とを循環できる様に各弁を制御する。
【０１１９】
そしてステップＳ７０８で循環ポンプ４６を駆動し、熱交換媒体が、太陽熱集熱パネル１０、循環路４０、蓄熱部６０、ヒートポンプ５０を循環するように制御する。これにより、冷房運転時に、ヒートポンプ５０の放熱側を循環する熱交換媒体が、ヒートポンプ５０よりの熱を吸収し、熱を吸収した熱交換媒体はまず太陽熱集熱パネル１０に送られ、熱エネルギーが太陽熱集熱パネル１０の配管を介して例えば空気中に放熱される。続いて熱交換媒体は蓄熱部６０に送られ、熱エネルギーが地中に放熱され、熱交換媒体温度を下げることになる。
【０１２０】
本実施の形態例では、冷房運転時に、ヒートポンプ５０よりの熱を全て地中に放熱したのでは、地中温度が徐々にあがってしまい、ヒートポンプ５０の冷房効率も悪化してしまうことを防ぐため、この放熱モードを備えており、冷房時に、熱交換媒体を太陽熱集熱パネルにも循環させることで、地中温度の上昇を見事に防止することが可能となった。例えば夜間など、地中温度に比し気温が低い場合に有効であり、地中温度の上昇を有効に防ぐことができる。
【０１２１】
そして続くステップＳ７１０で冷房運転が停止された（中止された）か否かを調べる。これは、冷房運転が停止されれば、もはやヒートポンプ５０による熱交換媒体の加熱が無くなると予想されるからである。この場合にはステップＳ７１４に進み、循環ポンプ４６を停止させてリターンする。
【０１２２】
一方、ステップＳ７１０で冷房運転が続けられている場合にはステップＳ７１２に進み、日照時間か否か、すなわち、熱交換媒体温度より太陽熱集熱パネル１０内の温度の方が高くなりそうな場合にはステップＳ７１４に進む。
【０１２３】
以上の構成をまとめる。温度の高い高温水を貯蓄する給湯槽２０と、給湯槽２０よりも低い温度の中温水を貯蓄する蓄熱槽３０と、給湯槽２０に貯蓄される温水を加熱可能な給湯槽熱交換ユニット２８と、蓄熱槽３０に貯蓄される温水を加熱可能な蓄熱槽熱交換ユニット３８と、太陽熱集熱パネル１０と、主要部分が地中に埋設された蓄熱部６０と、熱交換媒体を太陽熱集熱パネル１０と蓄熱部６０と熱交換ユニット２８、３８とを選択循環させるための媒体循環経路４０と、媒体循環経路４０を循環する熱交換媒体を太陽熱集熱パネル１０に循環させるか否かを制御する循環制御二方弁４４と、媒体循環経路４０を循環する熱交換媒体をそれぞれの給湯槽熱交換ユニット２８、蓄熱槽熱交換ユニット３８に循環させるか否かを制御する給湯制御三方弁４２、蓄熱制御４３と、媒体循環経路４０を循環する熱交換媒体を蓄熱部６０に循環させるか否かを制御する循環制御二方弁４４、地中制御二方弁４７、地中循環逆止弁４８、地中制御逆止弁４９と、各制御弁その他を制御する制御部１００とを備え、熱交換ユニット２８、３８は、熱交換媒体よりの熱で給湯槽２０、蓄熱槽３０から送られてくる温水を加熱可能であり、制御部１００は熱交換媒体の温度に基づいて各制御弁を制御する。
【０１２４】
熱交換媒体を媒体循環路４０を循環させるか否かは太陽熱集熱パネル１０上部の熱交換媒体温度を検出するパネル温度センサ１５の測定温度が所定温度の時に循環させ、制御部１００は、循環温度センサ４５の検出する温度から動作モードを決定する。
【０１２５】
制御部１００は、媒体循環経路４０の熱交換媒体が給湯槽２０に貯蓄された温水の温度より高い温度である場合には熱交換媒体を太陽熱集熱パネル１０と熱交換ユニット２８とを循環するように制御し、熱交換媒体循環経路４０内の熱交換媒体が給湯槽２０に貯蓄された温水の温度以下で蓄熱槽３０に貯蓄された温水の温度より高い温度である場合には熱交換媒体を太陽熱集熱パネル１０と熱交換ユニット３８とを循環するように制御し、熱交換媒体循環経路内の熱交換媒体が蓄熱槽３０に貯蓄された温水の温度以下で蓄熱温度センサ６５で測定する蓄熱部６０に貯蓄されている熱交換媒体の温度以上である場合には熱交換媒体を太陽熱集熱パネル１０と蓄熱部６０を循環させる様に各制御弁を制御する。
【０１２６】
蓄熱槽３０にはヒートポンプ５０が接続され、ヒートポンプ５０は蓄熱槽３０に貯水されている中温水、及び給湯槽２０に貯水されている高温水を加熱可能であると共に、媒体循環経路４０にも接続され、熱交換媒体の熱を吸収可能に構成されている。
【０１２７】
蓄熱部６０は、主要部が地中に埋設された略U字型の可撓性を有するプラスチック管を必要数つなぎ合わせ、プラスチック管の地中埋設部分の周囲には硅砂を充填することで、良好な熱伝導を実現している。
【０１２８】
この熱交換媒体は、水に比して大きな比熱を有し、周囲環境にかかわらず液相状態を維持可能な媒体を用いることが望ましく、熱交換媒体を不凍液とすることで廉価なものと出来る。
【０１２９】
以上説明したように本実施の形態例によれば、例えば建物の屋根面などに設置され、日射により太陽熱集熱パネル１０で暖められ循環ポンプ４６によって送られる熱交換媒体は、循環路４０から給湯制御三方弁４２の切り替えにより熱交換ユニット２８を循環し、給湯槽２０に貯水されている温水を加熱することができる。
【０１３０】
又、循環路４０から三方弁４３の切り替えにより日射により太陽熱集熱パネル１０で暖められ循環ポンプ４６によって送られる熱交換媒体が熱交換ユニット３８を循環し、蓄熱槽３０に貯水されている温水を加熱することができる。
【０１３１】
又、循環制御二方弁４４、地中制御二方弁４７、地中制御逆止弁４９を切り換えることにより、日射により太陽熱集熱パネル１０で暖められ循環ポンプ４６によって送られる熱交換媒体が蓄熱部６０を循環し、蓄熱部６０周囲の地中を加熱することができる。
【０１３２】
特に、蓄熱槽３０を備え、太陽熱集熱パネル１０で加熱された熱交換媒体が暖房温度よりやや高い程度に暖められた状態であっても、これを有効に利用することが可能となり、無駄なく太陽熱を利用することが実現するという優れた作用効果を奏することができる。
【０１３３】
更に、単に地中に埋設した配管と、例えばヒートポンプとに熱交換媒体を循環させた場合など、徐々に地中温度が低下して地中から採熱される熱交換媒体の温度が徐々に低下することも有効に防止できる。
【０１３４】
特に、太陽熱集熱パネル１０を循環する熱交換媒体を通常の水に比して比熱の高い液体を用い、かつ寒冷地で使用しても固体化することが無く、かつ温暖な地域でも気化することもない媒体を用いることにより、効率の良い熱交換が実現する。
【０１３５】
更に、太陽熱集熱パネルや地中配管部を備える蓄熱部や循環路を循環する熱交換媒体を、貯水槽に貯水されている液体と切り離して全くの別ものとしたことにより、貯水槽に貯水されている水などが不必要な経路を循環して温度低下などを起こすことが無く、又、複数種の加熱機構で加熱する場合にも、構造が簡略化できる。
【０１３６】
更に、冷房運転時にヒートポンプにからの熱エネルギーを、熱効果媒体を介して太陽熱集熱パネルから放熱する空冷を実現すると共に、Ｕ字型パイプ、硅砂を介して地中に放熱させることができ、いずれか一方のみの冷却に比し、長期間にわたってさまざまな放熱効率を維持することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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